氢氨醇一体化深度报告：绿色、低碳、可再生，氢氨醇一体化受政策与资本关注

绿色、低碳、可再生，氢氨醇一体化受政策与资本关注 氢氨醇一体化深度报告 氢能 投资评级：推荐（维持） 投资要点 源自可再生能源，氢氨醇生产呈现技术多样化与制取一体化的趋势：氢氨醇 一体化制取基本环节包括利用风能、太阳能等可再生能源通过电解水制氢，再 2024年06月26日 证券研究报告|产业深度报告 分析师：张锦 分析师登记编码：S0890521080001电话：021-20321304 邮箱：zhangjin@cnhbstock.com 研究助理：张后来 邮箱：zhanghoulai@cnhbstock.com 销售服务电话： 021-20515355 行业走势图（2024年6月25日） 资料来源：ifind，华宝证券研究创新部 相关研究报告 1、《动力电池行业周报：外交部、商务部就欧盟将对中国电动汽车加征关税作出回应—2024.06.08-2024.06.14》2024-06-17 2、《5月制氢项目建设进度加快，大规模高效、一体化有望成为未来趋势—氢能点评报告》2024-06-12 3、《动力电池行业周报：工信部发布动力电池安全新国标，宁德时代就供应链问题发表声明—2024.05.31-2024.06.06》2024-06-11 将氢气与氮气或二氧化碳合成氨或甲醇，形成从能源生产到化工产品制造的完整产业链。氢氨醇制取主要分为“绿色电力+电解水制氢+空气中分离的N2合成氨”“绿色电力+电解水制氢+碳捕集法合成甲醇”“绿色电力+电解水制氢+生物质气化合成甲醇”等技术路径。中游环节绿氢制取主要采用ALK法，随着未来电解水制氢技术的逐渐成熟，ALK+PEM法或PEM法将有望占据更大的比例。氢氨醇一体化的产出品绿氨与绿醇作为常见的化工原料具有广泛的应用空间，例如绿氨可作为理想的绿色燃料，绿醇在储运和能量密度方面具有应用优势。 生产规模的扩大叠加技术进步，氢氨醇一体化生产的经济与环境优势将进一步体现：绿电价格的下降、工艺流程的进步、生产规模的扩大均有望进一步降低氢氨醇一体化制取的成本，为整体项目获得更高的经济效应。考虑碳排放因子，绿氢/绿氨/绿醇的使用有望降低二氧化碳的排放量，随着生产技术的逐渐成熟，绿氢与绿氨的零碳排放优势将更加突出。 海内外低碳、绿电等相关政策推出，有望提升绿氢、绿氨、绿醇的应用空间：欧美地区对碳排放、环境保护政策要求进一步提高，尤其对于进出口产品的碳监管进一步增强。我国可再生能源的并网消纳条件和消纳配套政策也逐步成为影响氢氨醇项目盈利性和可持续性的重要因素；各地政府在涉及氢、储能等产业政策规划文件中强调灵活运用合成氨、合成甲醇等产能优势，进一步扩大氢能的需求和产能，提升当地绿氢、绿氨、绿醇产业的渗透率。 因投资规模大、风光互补、上网比例低等优势，风光氢氨醇一体化项目已成为目前氢能行业投资的热点。由于氢氨醇一体化项目从规划、建设到最后投产对于企业的资金、技术以及能源系统协同组织能力有较高的要求，行业主要入局公司为央企统领全流程或相关环节的公司强强合作。 投资建议：绿色氢氨醇一体化具有经济规模优势以及低碳排放优势，绿氨、绿醇在政策不断推出、绿电价格降低、制备技术进步的背景下具有较强的竞争力。由于一体化项目对于企业的系统管理和上下游整合能力要求较高，建议关注布局氢氨醇一体化，且具有较强的上下游整合能力和资金营运能力的集团型氢能企业，或在风光氢氨醇制取的某一个环节中具有较强成本优势的设备制造企业。 风险提示：政策进展不及预期；研发进展不及预期；本报告提及的上市公司旨在论述行业发展现状，不涉及覆盖与推荐。 内容目录 1.可再生能源制取氢氨醇呈现技术多样化和产业链一体化的特点4 1.1.氢氨醇一体化的基本形式：绿电+绿氢制取+合成绿氨/绿醇4 1.1.1.空气中分离的N2合成氨4 1.1.2.碳捕集法合成甲醇4 1.1.3.生物质气化合成甲醇5 1.2.绿氢制取：位于产业链中游，主要采用ALK与PEM电解水技术6 1.3.绿氨与绿醇：下游用途广泛，作为最终产品具有良好的减碳优势8 1.3.1.绿氨：一种良好的化工原料，可作为理想的绿色燃料8 1.3.2.绿醇：主要用于化工品生产，在储运和能量密度方面具有应用优势9 2.一体化规模带来成本优势，零碳排放、固碳作用体现环境效益10 2.1.绿电成本、技术改进与生产规模的扩大将有望进一步降低制取成本10 2.2.绿色氢氨醇产品的推广有助于进一步降低碳排放量13 3.市场趋势和主要玩家14 3.1.海内外低碳、绿电相关政策推出，氢氨醇生产受到地方政府关注14 3.2.项目建设16 3.3.主要公司及动态18 4.投资建议19 5.风险提示20 图表目录 图1：绿氨项目工艺流程图4 图2：基于CCU与氢能技术耦合制甲醇工艺路线5 图3：绿氢+生物质气化合成甲醇技术流程6 图4：各类氨燃料动力系统构型概述9 图5：2018-2023年中国甲醇产量（万吨，%）9 图6：2023年中国甲醇下游需求结构情况（%）9 图7：氢、氨、醇管道运输价格与输送距离关系图（千米，元/千克）12 图8：绿氨作为原料情景下考虑减碳效益与灰氨的竞争力对比（元/吨，元/kWh）13 图9：2021-2050年氨生产累计减少的二氧化碳排放量构成（%）14 图10：氨-尿素固碳过程示意图14 图11：我国绿氨、绿醇项目推进情况17 表1：主流电解水制氢技术路线对比6 表2：已公布制氢技术路线甲醇项目情况一览（截至2024.5.31）7 表3：氨气与其他燃料的特性对比8 表4：各种燃料特性的比较9 表5：2023年我国电解槽规模逐渐向1000Nm3/h及以上提升10 表6：不同原料制取氨成本对比11 表7：碳捕集成本（元/吨）11 表8：CO2制甲醇工厂的资本成本12 表9：绿氨和甲醇作为船用燃料的相关参数表13 表10：欧盟CBAM对于进口产品的碳排放要求14 表11：涉及氢氨醇制取的地方政策汇总15 表12：2023年以来我国部分氢氨醇一体化项目及建设内容17 表13：2024年以来我国涉及氢氨醇制取项目公司动态18 1.可再生能源制取氢氨醇呈现技术多样化和产业链一体化的特点 氢氨醇一体化是一种集成氢能、绿氨和绿醇（又名“液态阳光”）生产的绿色能源化工模式。基本环节包括利用风能、太阳能等可再生能源通过电解水制氢，再将氢气与氮气或二氧化碳合成氨或甲醇，形成从能源生产到化工产品制造的完整产业链。这种模式提高了能源效率，降低了成本，同时实现了零碳排放，推动了经济的绿色可持续发展。 1.1.氢氨醇一体化的基本形式：绿电+绿氢制取+合成绿氨/绿醇 绿色氢氨醇一体化制取主要分为“绿色电力+电解水制氢+空气中分离的N2合成氨”“绿色电力+电解水制氢+碳捕集法合成甲醇”“绿色电力+电解水制氢+生物质气化合成甲醇”等技术路径。 1.1.1.空气中分离的N2合成氨 绿色合成氨制备主要采用太阳能光伏、风能进行发电，利用自产电能进行水电解制氢，氢气经缓存、增压后送下游氨合成装置，与空分装置制得的氮气经加压后送氨合成单元合成氨，将储罐内的液氨通过装车站台装槽车外输。 图1：绿氨项目工艺流程图 资料来源：氢电邦，华宝证券研究创新部 一个完整的合成氨项目总体包括风能发电、太阳能光伏发电、电解水制氢、氨合成等装置。在绿电发电时段，电解槽及其它用电设备均采用绿电电源，剩余绿电储能或并网；绿电不发电时段，可使用储能设施储存的绿电（极端情况考虑外购部分绿电）供电解槽、合成氨装置连续运行。项目装置组成包括发电装置、电解水制氢、PSA制氮、气体压缩、氨合成、罐区、公用工程等。目前合成氨技术难点主要体现在对氢气制备和化工合成塔的电源控制，以及主控生产逻辑上需要同步考虑技术实现差异和实际电源波动带来的启停机可能性，以进一步提升能量转换效率和余热利用率。 1.1.2.碳捕集法合成甲醇 碳捕集法（CCU）合成绿色甲醇是指将工业排放或大气中的二氧化碳捕集起来，并通过化学反应转化为甲醇的工艺。该工艺的主要流程包括使用化学吸收法、膜分离技术、相变溶剂吸收法等技术从工业排放源或大气中捕集二氧化碳，并将其与绿氢在铜等催化剂的反映下合成甲 醇的过程。与传统的煤制甲醇工艺相比，CO2加氢制绿色甲醇工艺具有流程短、能耗低、排放少等优势，并且可以大幅减少碳排放，有助于实现碳中和目标。 图2：基于CCU与氢能技术耦合制甲醇工艺路线 资料来源：梁锋《基于CO2捕集和利用制甲醇方案的研究》，华宝证券研究创新部 通过CCU法生产的甲醇能够与上游绿电供给、绿氢生产以及下游应用形成工艺上的匹配和产业链关系，促进CO2的消纳并具有经济效益。当前煤化工领域碳排放量较大，通过传统煤化工方法制备化工原料CO2排放量很大且浓度高。通过CCU和绿色甲醇生产的结合，将更灵活捕集煤化工过程的CO2、当前从工业排放中捕集碳的成本也比从大气或烟气捕集更低。 1.1.3.生物质气化合成甲醇 生物质气化为绿醇制取提供了充足的碳源来与绿氢反应，主要分为利用秸秆等生物质通过气化生成CO与少量H2，随后引入绿氢调整CO与H2比例以生产甲醇，或先将生物质气化为二氧化碳，再与绿氢结合生产甲醇两种路径。以秸秆为例，根据CCIPP的测算，前者每生产1吨甲醇需要约0.11吨绿氢，而后者则需要约0.19吨绿氢。 ， ， 图3：绿氢+生物质气化合成甲醇技术流程 资料来源：CCIPP，华宝证券研究创新部 绿氢+生物质气化合成甲醇的优势在于提供了一种新型产业振兴方案。绿氢与生物质气化合成甲醇技术路径结合当地农作物如棉花、秸秆等生物质原材料，有望成为“乡村振兴”配套产业的能源新型解决方案，但目前国内企业的生产工艺工序及电力使用通过欧盟的绿色甲醇认证还需要一个验证的过程。 1.2.绿氢制取：位于产业链中游，主要采用ALK与PEM电解水技术 主流的电解水制氢技术包括碱性水电解（ALK）、质子交换膜电解（PEM）、高温固体氧化物电解（SOEC）以及固体聚合物阴离子交换膜电解（AEM）四种。在我国，ALK水电解技术已经完成商业化，产业链整体比较成熟，PEM技术目前处于商业化初期，受益于各地政策规划，未来行业规模与产业链国产化趋势有望进一步加强；SOEC与AEM技术目前大部分处于研发与示范阶段，仅有少量产品试点商业化。 表1：主流电解水制氢技术路线对比 电解技术 ALK PEM AEM SOEC 电解质膈膜 30%KOH石棉膜/PPS膜 质子交换膜 阴离子交换膜 镐基陶瓷膜 电极/催化剂 镍、钴、锰 铂、铱、钛、金 镍、钴、铁 钙钛矿等陶瓷金属 框架和密封 聚四氟乙烯、四氟乙烯等 陶瓷玻璃 电流密度/(A/CM2) <0.8 1~4 1~2 0.2-0.4 直流电耗/(kWh/Nm3) 4.2~5.5 4.0~5.0 / 预期效率为100% 氢气纯度 ≥99.8% ≥99.99% ≥99.99% ≥99.99% 工作温度/°C ≤90 ≤80 ≤60 ≥800 产氢压力/MPa 1.6 4 3.5 4 电解效率 60%~75% 70%~90% 60%~75% 85%~100% 单机规模/(Nm3/h) 2000 260 0.5 50 优点 技术成熟，成本低 安全无污染，灵活性高，技术成熟，成本低 能适应波动电源 使用非铂金属催化剂能适应波动电源，安全 无污染 安全无污染，效率高 电解技术 ALK PEM AEM SOEC 缺点 存在腐蚀污染问题，维护成本高，响应时间长 质子交换膜等核心技术有待突破，成本高 交换膜技术有待突破， 生产规模有待提高 工作温度过高，技术 不够成熟 技术成熟度（TRL） 8~9 8~9 2~3 5~6 产业化程度 充分产业化 初步商业化 实验室阶段 实验室阶段 基本结构 资料来源：艾邦制氢、美国能源部，华宝证券研究创新部 目前我国绿氨、绿醇制取项目使用的电解水制氢技术以ALK为主。根据TrendBank的统计，截至2024年5月31日我国绿色甲醇相关项目共96个，其中已公布制氢技术路线的8个项目制氢总规模约1107